Mosca, agosto 1960. Molti cani randagi spariscono misteriosamente, catturati da un'auto nera che si aggira nelle ore notturne per le strade della città, e nessuno sa dove vengano portati. Belka è fortuinata, perchè con il suo numero del razzo spaziale è la star del circo di Mosca ed è molto amata dal pubblico. Per molti altri cuccioli come Strelka invece, la situazione è drammatica. Un giorno però, le due cagnette vengono rapite dalla misteriosa automobile e portate al centro spaziale dove, sotto la guida del cane istruttore Kazbek, e aiutate dal topolino Venya, saranno addestrate per la conquista dello spazio.